PLC在機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

李青松 林啟華

摘 要：近年來，隨著各種高新技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，制造行業(yè)發(fā)生了巨大的變革。以PLC為代表的新興技術(shù)漸漸應(yīng)用到生產(chǎn)制造行業(yè)中來，這不僅加快了工業(yè)生產(chǎn)的自動化，還提高了社會生產(chǎn)力，真正體驗到科學(xué)技術(shù)帶給制造業(yè)的動力。其主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)的機(jī)械與電氣生產(chǎn)系統(tǒng)中PLC技術(shù)的應(yīng)用，這也推動了工業(yè)生產(chǎn)從機(jī)械電氣化時代邁向機(jī)電一體化時代。本文先對機(jī)電一體化和PLC的發(fā)展和概念作了簡單介紹，理解了其技術(shù)的相關(guān)背景，之后利用實例論證分析了PLC技術(shù)在機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)電一體化；生產(chǎn)系統(tǒng)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.134

0 前言

隨著社會的發(fā)展，不同學(xué)科和技術(shù)之間彼此交融，使技術(shù)的集成成為必然趨勢。PLC作為技術(shù)比較成熟的控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的通用性和較高的可靠性，所以在生產(chǎn)制造行業(yè)中PLC被普遍使用，將其應(yīng)用于生產(chǎn)系統(tǒng)也使得工業(yè)生產(chǎn)從機(jī)械電氣化時代邁向機(jī)電一體化時代。

1 機(jī)電一體化和PLC概述

1.1 機(jī)電一體化簡述

機(jī)電一體化的出現(xiàn)，刷新了人們對機(jī)械的認(rèn)知。以往的機(jī)械操作都是物理的機(jī)械控制，機(jī)電一體化出現(xiàn)之后，虛擬電子控制的機(jī)械出現(xiàn)在人們視野。其背景是機(jī)械技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)及傳感器技術(shù)等技術(shù)的集成，集成就是不同學(xué)科和技術(shù)的交叉、融合、滲透，就是各取其長。就當(dāng)前來看，凡是由現(xiàn)代各種高新技術(shù)與機(jī)械和電子相互結(jié)合而形成的各種技術(shù)、產(chǎn)品或系統(tǒng)，都屬于機(jī)電一體化范疇。[1]

1.2 PLC簡述

PLC，即可編程控制器。國際電工委員會在1987年2月通過了對它的定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。”[2]由定義可以將PLC理解為：一種工業(yè)控制器。PLC具有處理器和存儲器，可以對數(shù)據(jù)完成處理和儲存；同時，它還具有大量輸入/輸出（I/O）接口，可接收輸入設(shè)備的控制信號和將處理器處理后的信號輸出到相應(yīng)設(shè)備，完成相應(yīng)操作。

2 PLC在機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用分析

PLC在國民生產(chǎn)的各個控制領(lǐng)域中有極其普遍的應(yīng)用，主要包括鋼鐵冶煉、礦石開采、化工生產(chǎn)、電力供電、機(jī)械制造等行業(yè)。[3]PLC在實際應(yīng)用中，主要包括對開關(guān)量的邏輯控制、過程控制、運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)處理、通信及網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。下面將對上述應(yīng)用作具體分析并舉例說明。

2.1 開關(guān)量的邏輯控制

PLC代替了以往的繼電接觸器控制，可實現(xiàn)邏輯控制，因此普遍應(yīng)用于各種機(jī)電相結(jié)合的生產(chǎn)系統(tǒng)。例如，PLC在工化工工業(yè)中可對電磁閥進(jìn)行控制、在冶金工業(yè)中可對高爐上料系統(tǒng)控制等等。[4]其中，在化工工業(yè)中應(yīng)用PLC對電磁網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使化工流程的得以正常運(yùn)作；在冶金工業(yè)高爐上料系統(tǒng)中應(yīng)用PLC的開關(guān)邏輯控制，解決了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)走線復(fù)雜、維修困難和不能實現(xiàn)自動化上料的缺陷，使高爐上料系統(tǒng)更加安全可靠。

2.2 過程控制

PLC作為工業(yè)控制器，PLC具備數(shù)字/模擬（D/A）、模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換和算術(shù)、關(guān)系運(yùn)算等功能。內(nèi)部具有模擬量輸入/輸出（I/O）模塊，可將傳感器采集到的模擬信號通過（I/O）模塊輸入到（D/A）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號再和設(shè)置值進(jìn)行對比，可閉環(huán)控制隨時間而不斷發(fā)生變化的模擬量，諸如對溫度變化、速度變化、流量變化、壓力變化、電壓變化、電流變化等模擬量進(jìn)行控制。例如PLC在恒壓供水中的應(yīng)用，壓力傳感器將采集到的模擬電流信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換再到PLC，并和內(nèi)部設(shè)置的壓力值與歷史壓力值作比較，判斷是否給變頻器信號。

2.3 運(yùn)動控制

PLC技術(shù)應(yīng)用在機(jī)電一體化的生產(chǎn)系統(tǒng)中可以對平面運(yùn)動進(jìn)行有效控制，如圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動。從控制原理和機(jī)械組成來說，以前主要是通過開關(guān)量輸入/輸出（I/O）模塊與相應(yīng)的位置傳感器連接對運(yùn)動進(jìn)行控制，最后由執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行而實現(xiàn)的。而現(xiàn)在生產(chǎn)的PLC有專門控制運(yùn)動的模塊，[5]通過位置檢測傳感器，將檢測結(jié)果輸入到運(yùn)動模塊通過數(shù)據(jù)處理由輸出對相應(yīng)部件作出調(diào)整，可對復(fù)雜運(yùn)動可進(jìn)行精準(zhǔn)控制。PLC的運(yùn)動控制功能普遍應(yīng)用于各種機(jī)器人、電梯及數(shù)控機(jī)床中。例如將PLC運(yùn)動控制應(yīng)用于機(jī)器人的運(yùn)動控制中，通過設(shè)定的程序，可以準(zhǔn)確地控制多種復(fù)雜的運(yùn)動。

2.4 數(shù)據(jù)處理

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大提高了生產(chǎn)效率，促使產(chǎn)品的更新?lián)Q代變得極為頻繁。現(xiàn)在生產(chǎn)的PLC功能越來越強(qiáng)大與之前的產(chǎn)品相比在數(shù)據(jù)處理方面有較為突出的表現(xiàn)。在數(shù)據(jù)處理上PLC基本具有算術(shù)、邏輯、關(guān)系、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換等功能，可以對收集到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成當(dāng)前值與存儲器中設(shè)置的參考值作比較，從而完成相關(guān)控制操作。數(shù)據(jù)處理大多數(shù)應(yīng)用于大型加工中心的控制，通過對數(shù)據(jù)的分析和處理可提高生產(chǎn)效率。

2.5 通信及網(wǎng)絡(luò)

通信是先進(jìn)生產(chǎn)制造業(yè)發(fā)展的要求。[6]對于生產(chǎn)要求來說，各設(shè)備間的通信可以保證根據(jù)不同生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。為了實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信，加快集中控制的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)模式的形成。在未來，PLC應(yīng)該具有較全的網(wǎng)絡(luò)連接功能，支持多種通信協(xié)議。通過聯(lián)網(wǎng)，可在任意一臺PLC上對其他PLC進(jìn)行通信，完成程序和數(shù)據(jù)的交換。從而做到對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)視和有效管理。做到“分散控制、集中管理”的通信網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)。

3 結(jié)語

在科技飛速發(fā)展的今天，以PLC為技術(shù)關(guān)鍵的控制系統(tǒng)在機(jī)電一體化生產(chǎn)中已經(jīng)得到普遍地應(yīng)用，它正以高效、平穩(wěn)、安全的控制方式加速推進(jìn)著我國的工業(yè)化進(jìn)程。在未來相信會有更多新技術(shù)、新理念融入機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)，必定會使機(jī)電一體化生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)化、結(jié)構(gòu)化、智能化的方向發(fā)展，最終成為工業(yè)生產(chǎn)控制的主流技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王鑫.三菱FXA可編程控制器在高校供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016，10（09）.

[3]周玉宇.機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢及其在我國應(yīng)用的探討[J].中國科技信息，2015（12）：157-158.

[4]黎洪洲.智能控制及其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].信息系統(tǒng)工程，2014（03）.

[5]李青文.關(guān)于機(jī)電一體化自動控制系統(tǒng)的研究[J].中國電子商務(wù)，

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[6]樊碩.淺析制造業(yè)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展[J].天津經(jīng)濟(jì)，2016（06）.